雷击、浪涌防护设计思考

1、浪涌冲击形成的机理

1.1、直击雷、感应雷产生的感应电压&电流

a：直接雷击于外部电路，注入的大电流流过接地电阻或外部电路阻抗而产生电压

b：在建筑物内、外导体上产生感应电压和电流的间接雷击

c：附近直接对地放电地雷电入地电流耦合到设备组接地系统的公共接地路径

1.2、大型开关切换瞬间感应电压&电流

a：主电源系统切换骚扰

b：配电系统内在仪器附近的轻微开关动作或者负荷变化

c：与开关装置有关的谐振电路

d：各种系统故障

特点：波形缓（微秒级），能量大（焦耳级）

2、浪涌冲击测试及相关要求

关于浪涌（冲击）抗扰度试验大多都直接或间接引用GB/T17626.5：《电磁兼容 试验和测量技术 浪涌（冲击）抗扰度试验》这一国家电磁兼容基础标准，并按其中的试验方法进行试验。

2.1、适用范围

电气和电子设备在规定的工作状态下工作时，对由开关或雷电作用所产生的有一定危害电平的浪涌（冲击）电压的反应。
该标准不对绝缘物耐高压的能力进行试验。该标准不考虑直击雷

2.2、内容

对电气和电子设备的供电电源端口、信号和控制端口在受到浪涌（冲击）干扰时的性能进行评定。

如果干扰源与受试设备的端口在同一线路中，例如在电源网络中（直接耦合），那么信号发生器在受试设备的端口能够模拟一个低阻抗源；

如果干扰源与受试设备的端口不在同一线路中（间接耦合），那么信号发生器能够模拟一个高阻抗源。

2.3、实验等级要求

2.4、试验方法

浪涌（冲击）测试一般应在线进行。

测试时根据不同的端口选择对应的波形发生器和相应的耦合/去耦单元；

信号发生器源阻抗的选择取决于：
a：电缆、导体、线路的种类（交流电源、直流电源、互连线等等）；
b：电缆、线路的长度；
c：试验电压的施加方式：线-线、线-地

2Ω阻抗表示低压电网的源阻抗；

12Ω阻抗表示低压电网对地的源阻抗；

42Ω阻抗表示通信线路对地的源阻抗。

对交流电源线的浪涌注入：
a：浪涌脉冲使用交流电源浪涌耦合网络注入；
b：应在电源交流波形峰值和过零点分别进行（0º、 90º、 180º、 270º）；
c：每一相位应分别注入正、负浪涌波形各5次，每次间隔1min；
d：线-线低阻抗（2Ω）差摸注入、线-地高阻抗（12Ω）共模注入，分别进行；
e：测试从低等级开始，逐级进行到规定测试等级。

3、导致浪涌冲击抗扰度试验失败的原因

4、通过浪涌抗扰度试验应采取的措施

雷击浪涌试验有共模和差模两种。

浪涌吸收器件的使用要考虑到与试验的对应共模和差模抑制。

为保证使用效果，浪涌吸收器件要用在进线入口处。

由于浪涌吸收过程中的di/dt特别大，在器件附近不能有信号线和电源线经过，以防止因电磁耦合将干扰引入信号和电源线路。

浪涌吸收器件的引脚要短。

吸收器件的吸收容量要与浪涌电压和电流的试验等级相匹配。

浪涌试验的最大特点是能量特别大：所以采用普通滤波器和铁氧体磁芯来滤波、吸收的方案基本无效；必须使用气体放电管、压敏电阻、硅瞬变电压吸收二极管和半导体放电管等专门的浪涌抑制器件才行。

浪涌抑制器件的一个共同特性：就是阻抗在有浪涌电压与没浪涌电压时不同；正常电压下，阻抗很高，对电路的工作没有影响；当有浪涌电压时，阻抗变得很低，将浪涌能量旁路掉。

这类器件的使用方法：是并联在线路与参考地之间，当浪涌电压出现时，迅速导通，以将电压幅度限制在一定的值上